伴随着人类社会的发展,人类对环境的影响也越来越大。在人类社会初期的发展阶段,工业化的进程往往伴随着对环境的巨大的破坏,在经历了许多惨痛的教训之后,可持续的发展这一目标已经得到了人类的重视并且成为了基本的共识。化学合成行业也由过去的单纯合成目标产物转变成为寻找高效,绿色,对环境友好的合成方法。对一种新合成方法是否优良的判定也不再仅仅局限于产率的高低,而是会从对环境影响,操作要求等更多方面去考量。在寻找新的高效绿色的合成方法中,自然界中的生物体给出了最佳的典范。许多在实验室和工厂需要苛刻条件以及复杂反应步骤才能够得到的产品,都可以在生物体内于常温常压的状态下高效的合成出来。在这一过程中,生物体内的酶起到了决定性的作用。几乎生物体内所有的反应都离不开酶的参与。在酶的存在下,反应的速率可以得到数倍的增加。同时由于酶本身具有复杂的结构,这也造成酶催化的反应具有高度的选择性。如何在化学反应中精确的模拟酶的作用以及对酶作用机理的研究一直都是化学合成中的热点。虽然现今许多酶已经被广泛的应用于生产与生活,但是由于酶本身结构复杂以及催化反应单一等特点,离理想中大规模的应用还是有很大的差距。如何通过化学的手段来模拟酶的功能以及克服酶自身的缺点一直是化学家们要解决的一个问题。自从诺贝尔化学奖得主Lehn教授于1985年提出超分子化学这一概念以来,超分子化学就经历了飞速的发展。其中的主-客体化学(host-guest chemistry),自组装,分子识别(molecular recognition)等概念更是深刻的影响了包括生物化学在内的多个学科。由于生物体内酶与底物的作用力在很大程度上都可以用超分子化学的概念来解释,因此运用超分子化学来模拟酶的特性为化学家们提供了一个新的思路。1970年,Breslow教授创造性的运用过渡金属修饰环糊精的络合物,提出了人造酶这一概念。至此之后,各种超分子的主体分子层出不穷,应用也越来越广泛,而冠醚,环糊精,杯芳烃则是其中的明星分子。关于这些分子的应用每年都有世界各地的课题组进行报道。而仿酶催化则是其中的一个热点。氨基酸作为人体必需的物质以及肽构成的基本单元,在食品,药物合成,功能材料等多个方面都有着重大的用途。同时氨基酸的手性也是其区别于其它物质的重要特点。能够为人体所吸收的氨基酸必须是L型的。也只有L型的氨基酸能够在体内合成蛋白质。这些氨基酸的特性更是对人工合成氨基酸提出了更高的要求。在人体所必需的氨基酸中,L-赖氨酸由于其两个氨基在普通条件下具有相似的反应活性而对其实际应用造成了非常大的困扰。在传统的化学方法中为了得到单保护的赖氨酸,需要经历复杂的操作步骤,第三方保护基的引入和苛刻的反应条件。整个过程不仅收率不高,并且由于第三方保护基的引入造成对环境污染巨大。但是在生物体内,L-赖氨酸的两个氨基却可以在酶的存在下高效的有选择性的进行反应。如何模拟这个过程对L-赖氨酸以后的大规模运用以及酶功能的模拟和机理的理解都有着巨大的意义。同时考虑到人体内肽合成过程中的关键就是对特定的手性氨基酸的选择性识别,如何高效的从对映选择性,区域选择性等多重选择性上对氨基酸进行识别也是一项具有非常大意义的工作。综上所述,仿酶催化一直都是人们研究的热点所在,由于酶本身具有的复杂结构,以及本身具有高度的选择性的特点,使其想像普通的催化剂一样运用于一类反应一直是一个挑战。这就要求我们能够对酶与底物作用有着更深刻的认识。而超分子化学关注分子间的较弱的可逆的作用。这些作用虽然从能量的绝对数量级上来看不大,但是起到的作用却是巨大的。我们通过对超分子主体的筛选,发展了一种新的可以高效的对L-赖氨酸氨基进行选择性保护的方法,同时通过二维核磁等手段对反应的机理进行合理推测,通过修饰超分子主体,人为可控的得到了预期的选择性。我们还将该方法运用到与L-赖氨酸结构类似的氨基酸如L-鸟氨酸上,同样收到了满意的效果。以此为基础,我们研究了在多种氨基酸存在的条件下选择性的生成酰胺键。最后在考虑氨基酸手性的条件下,在一步反应中同时实现了区域以及对映选择的多重选择性。本论文主要包括以下几个方面：第一章超分子化学的简介超分子化学作为研究分子间作用力如范德华力,氢键,共价键的学科,近年来发展迅速。由超分子化学发展出的许多概念例如主-客体化学(host-guest chemistry),自组装,分子识别(molecular recognition)等都已经广泛的运用在了现代化学的各个研究当中。这其中既包括理论的创新,也包括实际的应用。尤其在化学合成,药物的靶向与载运,与天然产物的包合,仿酶化学等方面已经有了许多应用的实例。第二章仿酶体系的设计及L-赖氨酸的选择性保护酶是自然界中最具有选择性和活性的催化剂。酶的精细结构对反应有着巨大的影响。现阶段的关于酶催化的理论主要集中在底物与酶的结合,酶对过渡态的稳定和活化中间体上面。如何高效的模拟酶的功能一直都是研究的热点。L-赖氨酸作为人体所必须的氨基酸,由于其两个氨基在普通条件下具有相似的化学活性,要得到单一氨基保护的L-赖氨酸基本上是对L-赖氨酸进行进一步利用的必要步骤。在传统的得到单甲酸苄酯保护的L-赖氨酸过程中,需要在高温条件下引入第三方的铜离子或者低温条件下引入苯甲醛预先保护特定的氨基,这些额外的步骤不仅繁琐,而且由于第三方基团的引入,对反应的收率以及环境也有很大的影响。我们对单保护L-赖氨酸的方法进行了研究,通过设计超分子仿酶体系发展了一种新的保护L-赖氨酸的方法。在室温水体系的条件下,我们可以在短时间内(10mmin)以高选择性(>99%)以及高收率(90%)得到ε位甲酸苄酯保护的L-赖氨酸。这对于传统方法来说是一个巨大的进步。我们还对该反应选择性进行了深入的研究,通过对主体结构的修饰我们找到了影响反应选择性的重要因素,经过合理的设计我们成功的将选择性进行了反转。在此基础上我们通过核磁红外等手段对反应的机理进行了合理的推测。我们还将理论计算引入到机理的研究当中,通过密度泛函理论我们得到了反应中间体可能的形态。这一结果与我们的实验结果高度的吻合,表明我们提出的机理具有相当大的合理性。同时我们将该方法运用到与L-赖氨酸有相似结构的鸟氨酸上,同样得到了满意的效果。这表明该方法具有相当广的通用性。第三章对多氨基酸体系中特定氨基酸的选择性保护肽是指氨基酸单体通过肽键(胺基和羧基脱水缩合)连接起来的链状分子。近几年来在分子生物学以及药物合成方面受到了非常大的重视。这是因为：肽与许多人体内的疾病例如获得性免疫缺陷综合症(Acquired Immune Deficiency Syndrome, AIDS)以及阿兹海默症(Alzheimer’s disease, AD)有着密切的关系。其次多肽类的药物近几年来表现出了许多优良的性能。第三,多肽类抗体能够让分子生物学家设计针对特异改变形式的蛋白质专门设计抗体。而传统的多肽合成方法中即固相合成中(solid-phase peptide synthesis, SPPS),对氨基酸的加入顺序以及保护都有着严格的要求。这与生物体内肽的合成有着很大的区别。而这其中的关键就在于多氨基酸体系中特定氨基酸的选择与活化。在我们已经取得成果的基础上,我们将氨基酸的选择扩展到了多氨基酸的体系中特定氨基酸的选择与活化并且得到了很好的效果。第四章新型仿酶体系及赖氨酸多重选择性的研究选择性与速度一直是化学反应中最重要的两个方面。而在选择性中同时包含了区域选择,对映选择,非对映选择等多种选择要素。如何在一个反应当中高效的实现多重选择一直是化学家们研究的热点。对于氨基酸来说,手性对其来说是一个非常关键的性质。L型与D型氨基酸在生命体内起着截然不同的用途。对于消旋的赖氨酸来说,由于其两个氨基化学活性在一般情况下基本相同,对其有效的识别还涉及到氨基的区域选择性。我们利用已有的成果可以在短时间内将消旋的赖氨酸进行动力学拆分,短时间内(10min)达到了高的区域选择性(>99%)和对映选择性(>99%)。这是关于赖氨酸多重选择性的第一例报道。同时我们运用核磁和理论计算等手段证实了我们推测机理的合理性。第五章对Mukaiyama Aldol反应的综述以及运用Mukaiyama Aldol反应合成药物Ixabepilone支链研究Aldol反应是经典的构建碳碳键的反应,Mukaiyama在此基础上发展了该反应,能够通过底物或者路易斯酸的手性来控制产物的手性,达到构建手性中心的目的。Ixabepilone是新一代的抗肿瘤药物,对其支链的合成一直没有比较详细的研究。同时由于反应涉及无水无氧等苛刻条件,常规的监控方法很难精确的监控反应的具体情况。我们将反应放置于核磁管中进行,在线进行监控。通过优化反应条件(包括对反应溶剂,温度以及碱的筛选),找到了影响该反应的主要因素,得到了最适合的反应条件。第六章对药物赖诺普利中间体合成的改进赖诺普利是一种常用的口服降压药,在传统的中间体合成中,涉及到运用光气,反应时间长,收率低,成本高等问题,我们选择了不同的反应保护基,发展了多种方法合成药物的中间体。相对于传统的方法具有易于操作,成本低,收率高等特点。本论文的主要创新点如下：1.通过仿酶体系的设计,对传统的赖氨酸单保护方法进行了改进。相对于需要繁琐反应步骤和苛刻条件的旧方法,新的保护方法在室温水体系的条件下进行,步骤简单操作方便。具有极高的选择性以及产率。整个过程无须引入第三方试剂。同时该方法也适用于与赖氨酸有着类似结构的鸟氨酸。2.我们成功的将该新保护方法用于多氨基酸体系中特定氨基酸的选择以及保护,这对于仿生的肽合成有着重大的意义。同时对该方法的深入研究发现,其对赖氨酸可以同时实现了高的区域选择性和对映选择性。这也是目前第一例对赖氨酸实现双重选择性的报道。3.对无水无氧条件下的Mukaiyama Aldol反应通过核磁进行在监控,得到了反应一系列最优的条件,通过放大反应证实了该条件的可行性。并且将这些条件运用在了药品Ixabepilone支链的合成上。